【手続補正書】
【提出日】平成18年3月9日(2006.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】レーザデータのフィルタリング方法及びプログラム
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数以上のクラスタ内に属するレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法。
【請求項２】上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数未満、最小建物想定面積以上のクラスタ内のメッシュ代表点の平面位置及び標高値の統計的代表値を平面位置及び標高値とするクラスタ代表点を設定し、
次いで、前記クラスタ代表点との間の傾斜角度が所定値未満である前記クラスタの近傍における地表面反射レーザデータの割合を求め、
前記割合が所定値以上である場合に前記対象クラスタ内のレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法。
【請求項３】上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最小建物想定面積相当数未満のクラスタ内で、かつ、セカンドパルス以降のレーザデータからなるメッシュ代表点との間の傾斜角度が所定値未満である前記メッシュ代表点の近傍における地表面反射レーザデータ及び他のセカンドパルス以降のレーザデータの割合を求め、
前記割合が所定値以上である場合に前記対象クラスタ内のレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法。
【請求項４】前記傾斜角度算定に際して使用される地表面反射成分は、請求項１記載のレーザデータのフィルタリング方法により地表面反射成分として抽出されたクラスタ内のメッシュ代表点である請求項２または３記載のレーザデータのフィルタリング方法。
【請求項５】前記クラスタリングが、注目メッシュのメッシュ代表点との間の傾斜角度が所定値未満であるメッシュ代表点の数を基準に行われる請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザデータのフィルタリング方法。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のレーザデータのフィルタリング方法により地表面反射成分として抽出されたメッシュ代表点の属するメッシュ間を補間して形成した地表面モデルから等高線図と、適宜の断面取得線で切断した断面図とを作成し、
次いで、前記断面図上に前記断面取得線が通過するメッシュを中心として断面幅方向メッシュ数を変化させながら対象メッシュ内の全レーザデータを表示するフィルタリング結果の表示方法。
【請求項７】上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定するステップと、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点として抽出するステップと、
隣接するメッシュのメッシュ代表点を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングするステップと、
構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数以上のクラスタ内に属するレーザデータを地表面反射成分として抽出するステップとをコンピュータに実行させるためのレーザデータのフィルタリングプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザデータのフィルタリング方法及びプログラムに関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的は、
上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点１として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点１を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数以上のクラスタ内に属するレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法を提供することにより達成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
以上のクラスタリングステップの後に、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数以上のクラスタ内に属するレーザデータを地表面反射成分として抽出するステップ、すなわち、クラスタ内のメッシュ数による地表判定ステップ（Ｓ５）が実行される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
最大建物想定面積は、通常想定される建物の最大面積であり、通常、５０００ｍ2程度に設定しておけば足りる。最大建物想定面積に相当するメッシュ数、すなわち、最大建物想定面積をＳ、１メッシュの面積をｓ、クラスタ内メッシュ数をＭとした場合、
Ｍ＞Ｓ／ｓ
の条件を満たすクラスタは、全体に比較的なだらかな傾斜が建物と想定される場合の面積を超えて連続していることとなるために、非常に高い精度で地表部分であることを推定できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、以上のフィルタリング方法は、なだらかで広い平野部の抽出に適しているが、
上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点１として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点１を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数未満、最小建物想定面積以上のクラスタ内のメッシュ代表点１の平面位置及び標高値の統計的代表値を平面位置及び標高値とするクラスタ代表点２を設定し、
次いで、前記クラスタ代表点２との間の傾斜角度が所定値未満である前記クラスタの近傍における地表面反射レーザデータの割合を求め、
前記割合が所定値以上である場合に前記対象クラスタ内のレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法により、クラスタの面積により直ちに地表面と判断できない場合の地表抽出方法が提供される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
この方法において、クラスタリングまでのステップ（Ｓ２〜Ｓ４）は上述した方法と全く同様に行われ、この後、構成メッシュ数が最大建物想定面積相当数未満、最小建物想定面積以上のクラスタを検索するステップ（Ｓ６１）が実行され、次いで、該当クラスタ内にクラスタ代表点２を設定するステップ（Ｓ６２）が実行される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
クラスタ代表点２は、該当クラスタ内の複数のメッシュ代表点１を代表する平面位置及び標高値を有する点であり、メッシュ代表点１に対して適宜の統計的処理を施した統計的代表値として与えられる。統計的代表値を求めるためには、平均、あるいはメディアン値等を使用できる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
以上のようにして求められたクラスタ代表点２は、該当クラスを代表する平面位置及び標高情報を有しており、次いで、これらクラスタ代表点２とクラスタ近傍における地表面反射レーザデータとの間の傾斜角度を求めるステップ（Ｓ６３）が実行される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
傾斜角度を求めるに当たって、先ず、クラスタ代表点２から、適宜の手段によって地表面と判断されたレーザデータとの間で形成されるＴＩＮ（Triagulated Irregular Network）ネットワーク上の各点を近接点として定義することができる。また、この方法は、上述したメッシュ数による地表面抽出方法に続いて行うことが可能であり、この場合、傾斜角度は、メッシュ代表点１を対象として算出される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
該当クラスタの地表面判定は、以上のようにしてクラスタ代表点２と近傍の地表面反射レーザデータの間の傾斜角度を求めた後、傾斜角度が所定値未満の地表面反射データが全測定対象の地表面反射データに占める割合を求めるステップ（Ｓ６４）を実行することにより行われる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
この方法における目的は、建物が地表面からの判断が曖昧なクラスタからの地表面の判定であるために、判断の閾値となる傾斜角度は、地表面の想定される最大傾斜角度を基準に設定することができ、例えば、３０°に設定される。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
また、割合の閾値は、判定する地形等を考慮して判定精度が高くなるように適宜決定可能であるが、１／３程度にするのが経験則上望ましく、閾値未満の傾斜角度の割合が上記閾値以上である場合には、当該クラスタは地表面と判定される。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
このように、判定に当たってクラスタ内の各点を対象とすることなく、クラスタ代表点２を基準にクラスタ全体を判定することにより、計算量を少なくすることができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
さらに、以上のフィルタリング方法に加え、
上空を飛行する飛行体から地上をレーザ掃射して取得したレーザデータ群に平面座標に基づくメッシュを設定した後、
各メッシュ内の最低標高点データをメッシュ代表点１として抽出し、
次いで、隣接するメッシュのメッシュ代表点１を近傍として標高要素に基づいてクラスタリングし、
この後、構成メッシュ数が最小建物想定面積相当数未満のクラスタ内で、かつ、セカンドパルス以降のレーザデータからなるメッシュ代表点１との間の傾斜角度が所定値未満である前記メッシュ代表点１の近傍における地表面反射レーザデータ及び他のセカンドパルス以降のレーザデータの割合を求め、
前記割合が所定値以上である場合に前記対象クラスタ内のレーザデータを地表面反射成分として抽出するレーザデータのフィルタリング方法を採用することにより、樹木等の多い山間部での地表面の抽出精度を高めることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
この方法は、上述した方法において、構成メッシュ数が最小建物想定面積相当数未満となったクラスタに対する有効な処理を提供するもので、レーザスキャンに際して掃射されたレーザは複数の反射点から反射され、各々がリターン情報とともに受領される点が利用される。すなわち、対象物に到達したレーザは、所定のスポット径を有しているために、対象物に孔、隙間等がある場合には、最高点において先ず反射し（ファーストリターン）、この後、木漏れ日のように徐々に標高方向に進行し、セカンド、サードリターンとして反射する。このようなセカンドリターン以降のレーザデータは、性質上樹木が植生している山間部等において取得されることが多く、深度の深い、すなわち、リターン数の多いものほど地表面からの反射レーザデータである確率が高いこととなる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
そこで、本方法において、先ず、当該クラスタ内でのセカンドパルス以降のレーザデータの抽出ステップ（Ｓ７１）を実行した後、抽出された各レーザデータと、近傍の地表反射レーザデータ及び他のセカンドパルス以降のレーザデータとの間で、上述した方法と同様に、傾斜角度算出ステップ（Ｓ７２）と割合による判定ステップ（Ｓ７３）を実施し、所定の傾斜角度未満の割合が所定の閾値以上である場合に地表面と判定する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
この後、ステップ（Ｓ４）において、クラスタリングを行う。クラスタリングは、高さ方向傾斜量が所定の閾値内であれば同一クラスタとする処理を行うことによってなされ、先ず、図３（ｂ）に示すように、注目するメッシュ代表点１と、このメッシュ代表点１が属するメッシュに対して縦方向及び横方向に隣接する４個のメッシュ内のメッシュ代表点１との間の高さ方向の傾斜角度を求め、所定の閾値と比較する。閾値には、５．７°が採用される。図３（ｃ）において縦横隣接するメッシュ内のメッシュ代表点１間の傾斜角度が閾値未満のもののみを線分で結んで示す。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、クラスタリングに際して、各メッシュ代表点１からは、隣接するメッシュが空メッシュでない限り、隣接するメッシュ内のメッシュ代表点１に向けて４本の傾斜線が引かれるが、このうち、閾値未満の傾斜角度のものが所定の本数（この実施の形態においては１本）以上あるものが同一クラスタとして取り扱われる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
クラスタの境界は、直接隣接しているメッシュ間が閾値以上の傾斜であっても、回り込んで隣接する場合には同一のグループとして分類される。すなわち、図４（ａ）において、点ＡとＤとの間には閾値以上の傾斜があるが、点Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ閾値未満の傾斜ルートが存在するために、Ａ〜Ｄが属するメッシュは同一クラスタに分類される。これに対し、点Ｅ、Ｆが属するメッシュは、Ａ〜Ｄが属するメッシュとは別のクラスタに分類される。なお、図４（ａ）においてメッシュ代表点１を黒点で、メッシュ代表点１間の傾斜が閾値未満の場合には、メッシュ代表点１間を実線で、閾値以上の場合には、破線で示される。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
この後、ステップ（Ｓ５）において、メッシュ数を基準とした地表判定を行う。上述したように、地表判定基準は、メッシュ数＝面積を示すことに着目し、最大建物想定面積以上のクラスタを地表面として、最小建物想定面積未満のクラスタを樹木等の建物以外の地物として抽出する。図に最大建物想定面積を５０００ｍ2＝２５（単位メッシュ面積）×２００（メッシュ）、最小建物想定面積を２００ｍ2＝２５×８（メッシュ）と設定した場合の地表面、建物及び地物を示す。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
図４（ｂ）の結果から、メッシュ数２００以上で、地表と判定されたクラスタを図５（ａ）において右上がりのハッチングを施して示す。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
この実施の形態において、上記ステップ（Ｓ５）に引き続き、ステップ（Ｓ６）において傾斜量とメッシュ数による地表判定が行われる。このステップは、上記ステップ（Ｓ５）において最大建物想定面積と最小建物想定面積の中間にあるクラスタから地表面を抽出するもので、このステップにおける処理対象を図５（ａ）において右下がりのハッチングを施して示す。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
傾斜量とメッシュ数による地表判定を行うに際して、先ず、ステップ（Ｓ６１）において上記条件を満足するクラスタを検索し、選択し、次いで、対象クラスタ内のメッシュ代表点１を相加平均してクラスタ代表点２を設定した（ステップ（Ｓ６２））後、ステップ（Ｓ６３）でクラスタ代表点２と、ステップ（Ｓ５）において地表面と判定されたメッシュ内のメッシュ代表点１との間の傾斜角度を算出する。図５（ｂ）に対象クラスタ（図右側）、及び傾斜角度算出の対象である地表面クラスタ内のメッシュ代表点１（地表面メッシュ代表点１；図左側）を示す。また、図５（ｃ）には、対象クラスタのクラスタ代表点２を白丸で、またクラスタ代表点２と傾斜角度算出の対象である地表面クラスタ内のメッシュ代表点１の一部とを線分で結んで示している。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
次に、クラスタ代表点２と地表面メッシュ代表点１との傾斜角度を求める。図６は標高の断面を示しており、縦線はメッシュ境界を表している。図６（ａ）は、クラスタ内メッシュ数が１の場合を示しており、左から２本目と３本目のメッシュ境界の間にクラスタが存在する。頂点部分は算術平均により求めたクラスタ代表点２である。同様に、図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各々クラスタ内メッシュ数が４，９，１６の例である。クラスタ内のメッシュ数が１個の場合にクラスタ代表点２と隣接メッシュの中心とが成す傾斜角度をαとすると（図６（ａ）参照）、クラスタ内のメッシュ数が４個（幅方向に２個）の場合には、クラスタ代表点２と隣接メッシュの中心とが成す傾斜角度βは、
β＝tan-１(１×tanα／３)、
となる。同様に、クラスタ内のメッシュ数が９個（幅方向に３個）の場合には、
β＝tan-１(２×tanα／４)、
クラスタ内のメッシュ数が１６個（幅方向に４個）の場合には、
β＝tan-１(２×tanα／５)というように、順次低下する。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
このようにαとβとの間には、一般に
メッシュサイズをＭ、要素数をＮとして、
β＝tan-１(２×tanα／(sqrt(N)+１))・・・（１）
の関係があるため、式（１）において適宜の管理角度（α）を代入して角度判定の閾値とする。なお、図６において縦線はメッシュ境界を示す。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
このようにして傾斜角度の算出が終了すると、次にステップ（Ｓ６４）で地表面の判定が行われる。地表判定は、クラスタ代表点２とのなす傾斜量が上記閾角度以内である傾斜角度算出対象点の全体に対する割合が所定値以上か否かにより行われる。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図５（ｃ）は、ステップ（Ｓ６４）における判定方法を示すもので、図５（ｃ）においてクラスタ代表点２から上方に線分が引かれていることからも明らかなように、図の上方にも地表面クラスタが存在する。また、クラスタ代表点２から６本の線分（実線及び点線）が延びていることから、角度算出対象点が全部で６点あることが分かる。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
上述したように、クラスタ代表点２は、平面位置及び標高値を有しており、この点と角度測定対象点との標高傾斜が、例えば角度判定の閾値α＝３０°未満である角度算出対象点を抽出する。図５（ｃ）において実線で示すように、上記条件を満たす角度算出対象点が４点であったとすると、全角度算出対象点数に占める割合は、
４／６＝０．６６６となり、
地表判定の割合閾値を１／３（＝０．３３３）とすると、
０．６６６＞０．３３３
より、このクラスタは地表面であると判定される。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
パルス解析は、セカンドパルス未満のパルスを利用して上記ステップ（Ｓ５）で建物以外の地物と判定されたクラスタから地表成分を分離するために行われる。パルス解析に際して、先ず、該当クラス内でセカンドリターン以降のレーザデータを抽出する（ステップ（Ｓ７１））。図７（ａ）においてセカンドリターン以降のレーザデータを黒丸で、ステップ（Ｓ６）までで地表面と判定されたメッシュ代表点１を白丸で示す。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を示すフローチャートである。
【図２】
本発明を示すフローチャートである。
【図３】
クラスタリング方法を示す説明図である。
【図４】
クラスタリング結果を示す説明図である。
【図５】
傾斜量とメッシュ数による地表判定手順を示す説明図である。
【図６】
傾斜角度の算出を示す説明図である。
【図７】
リターン情報によるパルス解析の手順を示す説明図である。
【図８】
フィルタリングの結果表示を説明する図である。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１        メッシュ代表点
２        クラスタ代表点
３        等高線図
４        断面取得線
【手続補正３４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004272688.tif 000001